Dari arah Semarang (barat laut), stasiun ini merupakan tempat percabangan bagi jalur rel ke Surabaya (timur) dan Solo (tenggara). Dengan posisi demikian, peron stasiun ini berbentuk pulau. Stasiun ini memiliki total tujuh jalur kereta api yang terbagi menjadi dua emplasemen: utara dan selatan.
Awalnya emplasemen selatan memiliki tiga jalur kereta api dengan jalur 2 merupakan sepur lurus arah Solo maupun Semarang, sedangkan emplasemen utara memiliki empat jalur kereta api dengan jalur 2 merupakan sepur lurus dari dan ke arah Surabaya. Setelah jalur ganda segmen Alastua-Gubug resmi dioperasikan pada akhir Agustus 2013,[3] tata letak stasiun ini sedikit dirombak, Di emplasemen selatan, jalur 2 dijadikan sebagai sepur lurus jalur tunggal dari dan ke arah Solo. Di emplasemen utara, jalur ke-2 hanya dijadikan sebagai sepur lurus ke arah Surabaya saja, sedangkan jalur ke-3 dijadikan sebagai sebagai sepur lurus baru untuk arah ke Semarang. Dahulu terdapat juga jalur cabang ke Perhutani.
Sejak tahun 2010 sistem persinyalan stasiun ini menggunakan persinyalan elektrik produksi PT Len Industri.
Dengan dibangunnya jalan layang sebagai pengganti perlintasan sebidang yang terdapat di sebelah tenggara stasiun ini, pintu masuk stasiun mengalami perubahan. Sebelumnya pintu masuk berada di tengah-tengah antara emplasemen selatan dan utara, sekarang pintu masuk stasiun berada di sisi utara stasiun, lebih tepatnya di eks emplasemen bongkar muat peti kemas dan bangunan gudang persediaan pupuk milik PT Pusri. Tempat aktivitas bongkar muat peti kemas sudah dipindahkan sepenuhnya ke Terminal Dryport Ronggowarsito dekat Stasiun Semarang Tawang, sedangkan bangunan gudang tersebut sudah dibongkar total.
Dahulu ke arah timur stasiun ini, sebelum Stasiun Tegowanu, terdapat Halte Singor dan Halte Karangawen yang kini sudah tidak aktif.[4]
Ciri khas
Bersama dengan kebanyakan stasiun penumpang lainnya di Daop IV, stasiun ini memutarkan lagu instrumental Gambang Semarang setiap kali terjadi kedatangan dan keberangkatan kereta api penumpang.
Layanan kereta api
Berikut ini adalah layanan kereta api yang berhenti di stasiun ini sesuai Gapeka 2023 revisi per 26 Juli 2024.
^Officieele Reisgids der Spoor en Tramwegen en Aansluitende Automobieldiensten op Java en Madoera. Staatsspoor en Tramwegen Particuliere Spoor en Tramweg-Maatschappijen. 1932. hlm. 164–165.